[发明专利]钒基氧代氟磷酸钠型钠电池正极材料及其制备方法

说明书

钒基氧代氟磷酸钠型钠电池正极材料及其制备方法，其统一式表示为：Na_x(VO_yPO₄)₂F_3‑2y/F‑C/SP，其中，0＜x≤4,0≤y≤1，F‑C代表功能碳材料；SP代表钠磷酸盐，正极材料制备方法，包括以下步骤：一、将钒源、磷源、钠源和氟源按比例溶解在水中，然后加入添加剂，在60～120℃搅拌均匀后，在80～200℃空气或真空烘干；二、在保护性气氛下，于200～500℃热处理1～6h后，再在500～800℃烧结2～12h，粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末，本发明制备工艺简单，便于规模化生产制造，有利于促进钒基氧代氟磷酸钠系列家族材料的实际生产应用，助推高性能、低成本室温可充钠电池的研发、生产、应用和储能产业的蓬勃发展。

技术领域

本发明涉及钠电池正极材料的制造方法，特别涉及一种长循环、高能量的钒基氧代氟磷酸钠型钠电池正极材料及其制备方法。

背景技术

室温可充钠电池相比锂电池具有显著的资源、价格和安全优势，非常有潜力成为锂离子电池的新型、廉价、替代产品，在大规模储能等领域展示出巨大的技术潜力和广阔的应用前景。国家“十三五”战略新兴产业发展规划、能源发展“十三五”规划和能源技术创新“十三五”规划均将储能技术列为重点攻关领域，钠电池以其低廉的成本和优良的性能成为大规模储能的极佳选择，不仅可将太阳能等间歇性清洁能源进行存储并网，而且可对电网进行智能调频调峰，促进电网的安全稳定运行、提高能源使用效率和保护地球生态环境【Nature Reviews Materials,2016,1:16013；分子科学学报,2016,32:265；EnergyEnvironmental Science,2013,6:2338.】。

发展钠电池的关键在于设计和研发高容量、高电压、快充放、长寿命、宽工况的先进储钠电极材料【Advanced Energy Materials,2016,6:1501727；Science China-Materials,2015,58:715.】。钒基氧代氟磷酸钠Na_x(VO_yPO₄)₂F_3-2y(0≤x≤4,0≤y≤1)具有理论容量大(243mA h g^-1)【Nature Communication,2016,7:10308.】、平均电位高【Chemistryof Materials,2015,27:6008.】、电压极化小【Journal of Materials Chemistry,2012,22:22301.】、热力学稳定【Journal of American Chemical Society,2013,135:13870.】、嵌脱钠体积变化小【Journal of Materials Chemistry,2012,22:20535.】等优点，是一类非常具有前景的室温可充钠电池正极家族材料。我国钒、钠资源储量均位居世界前列，开发、生产和利用钒基氧代氟磷酸族钠电池材料具有得天独厚的自然条件和成本优势，对于资源优化、产业升级和国民经济建设亦具有重要的战略和现实意义。

然而，作为一类聚阴离子材料，钒基氧代氟磷酸钠的电导率非常低，极大地限制了其实际比容量、充放电能力和循环稳定性，严重制约了其在电动汽车和大规模储能领域的实际应用。

发明内容